Сборник ответов на ваши вопросы

→ Принцип работы атомного реактора.

Атомный реактор: принцип работы, характеристики, описание. Как устроены ядерные реакторы, как добывают электричество с помощью них?

Краткое содержание статьи:

 

Для обычного человека современные высокотехнологичные устройства настолько таинственны и загадочны, что впору им поклоняться, как древние поклонялись молнии. Школьные уроки физики, изобилующие математическими выкладками, не решают проблему. А ведь рассказать интересно можно даже про атомный реактор, принцип работы которого понятен даже подростку.

 

Атомный реактор - принцип работы

 

Как работает атомный реактор?

Принцип действия данного высокотехнологического устройства выглядит следующим образом:

  1. При поглощении нейтрона ядерное топливо (чаще всего это уран-235 или плутоний-239) происходит деление атомного ядра;
  2. Высвобождается кинетическая энергия, гамма-излучение и свободные нейтроны;
  3. Кинетическая энергия преобразуется в тепловую (когда ядра сталкиваются с окружающими атомами), гамма-излучение поглощается самим реактором и превращается также в тепло;
  4. Часть из образованных нейтронов поглощается атомами топлива, что вызывает цепную реакцию. Для управления ей используются поглотители и замедлители нейтронов;
  5. С помощью теплоносителя (вода, газ или жидкий натрий) происходит отвод тепла от места прохождения реакции;
  6. Находящийся под давлением пар от нагретой воды используется для приведения во вращение паровых турбин;
  7. С помощью генератора механическая энергия вращения турбин преобразуется в переменный электрический ток.

Ядерный реактор внутри

 

Подходы к классификации

Оснований для типологии реакторов может быть множество:

  • По типу ядерной реакции. Деление (все коммерческие установки) или синтез (термоядерная энергетика, имеет распространение лишь в некоторых НИИ);
  • По теплоносителю. В абсолютном большинстве случаев с этой целью используется вода (кипящая или тяжелая). Иногда используются альтернативные решения: жидкий металл (натрий, свинец-висмутовый сплав, ртуть), газ (гелий, углекислый газ или азот), расплавленная соль (фторидные соли);
  • По поколению. Первое – ранние прототипы, которые не имели никакого коммерческого смысла. Второе – большинство ныне используемых АЭС, которые были построены до 1996 года. Третье поколение отличается от предыдущего лишь небольшими усовершенствованиями. Работа над четвертым поколением еще ведется;
  • По агрегатному состоянию топлива (газовое пока существует только на бумаге);
  • По целям использования (для производства электричества, пуска двигателя, производства водорода, опреснения, трансмутации элементов, получение нейронного излучения, теоретические и следовательские цели).

АЭС в России

 

Устройство атомного реактора

Основными компонентами реакторов на большинстве электростанций являются:

  1. Ядерное топливо – вещество, которое необходимо для производства тепла для энергетических турбин (как правило, низкообогащенный уран);
  2. Активная зона ядерного ректора – именно здесь проходит ядерная реакция;
  3. Замедлитель нейтронов – снижает скорость быстрых нейтронов, превращая их в тепловые нейтроны;
  4. Пусковой нейтронный источник – используется для надежного и стабильного пуска ядерной реакции;
  5. Поглотитель нейтронов – имеются на некоторых электростанциях для снижения высокой реакционной способности свежего топлива;
  6. Нейтронная гаубица – используется для повторного инициирования реакции после выключения;
  7. Охлаждающая жидкость (очищенная вода);
  8. Управляющие стержни – для регулирования скорости деления ядер урана или плутония;
  9. Водный насос – перекачивает воду в паровой котел;
  10. Паровая турбина – превращает тепловую энергию пара во вращательную механическую;
  11. Градирня – устройство для отвода лишнего тепла в атмосферу;
  12. Система приема и хранения радиоактивных отходов;
  13. Системы безопасности (аварийные дизель-генераторы, устройства для аварийного охлаждения активной зоны).

Устройство атомного реактора - основные узлы

 

Как устроены последние модели

Последнее 4-е поколение реакторов будет доступно для коммерческой эксплуатации не раньше 2030 года. В настоящее время принцип и устройство их работы находятся на этапе разработки. Согласно современным данным, эти модификации будут отличаться от существующих моделей такими преимуществами:

  • Система быстрого газового охлаждения. Предполагается, что в качестве охлаждающего вещества будет использован гелий. Согласно проектной документации, таким образом можно охлаждать реакторы с температурой 850 °С. Для работы при таких высоких температурах потребуется и специфическое сырье: композитные керамические материалы и актинидные соединения;
  • В качестве первичного теплоносителя возможно использование свинца или свинцово-висмутового сплава. Эти материалы имеют низкий показатель нейтронного поглощения и относительно низкую температуру плавления;
  • Также в качестве основного теплоносителя может использоваться смесь из расплавленных солей. Тем самым удастся работать при более высоких температурах, чем современные аналоги с водяным охлаждением.

Последние модели с водяным охлаждением

 

Естественные аналоги в природе

Ядерный реактор воспринимается в общественном сознании исключительно как продукт высоких технологий. Однако по факту первое такое устройство имеет природное происхождение. Оно было обнаружено в регионе Окло, что в центральноафриканском государстве Габон:

  • Реактор был образован из-за подтопления урановых пород подземными водами. Они выступили как нейтронные замедлители;
  • Тепловая энергия, выделяющаяся при распаде урана, превращает воду в пар, и цепная реакция останавливается;
  • После падения температуры охлаждающей жидкости все повторяется вновь;
  • Если бы жидкость не выкипала и не останавливала течение реакции, человечество бы столкнулось с новой природной катастрофой;
  • Самоподдерживаемое деление ядер началось в этом реакторе около полутора миллиардов лет назад. За это время было выделено около 0,1 миллиона ватт выходной мощности;
  • Подобное чудо света на Земле является единственным известным. Появление новых невозможно: доля урана-235 в природном сырье намного ниже уровня, необходимого для поддержания цепной реакции.

Естественный источник урана в Осло

 

Сколько атомных реакторов в Южной Корее?

Бедная на природные ресурсы, но промышленно развитая и перенаселенная Республика Корея испытывает чрезвычайную потребность в энергии. На фоне отказа Германии от мирного атома эта страна возлагает большие надежды на обуздание ядерных технологий:

  • Планируется, что к 2035 году доля электроэнергии, генерируемой на АЭС, достигнет 60%, а совокупное производство – более 40 гигаватт;
  • Страна не имеет атомного оружия, но исследования по ядерной физике ведутся непрерывно. Корейские ученые разработали проекты современных реакторов: модульные, водородные, с жидким металлом и др.;
  • Успехи местных исследователей позволяют продавать технологии за рубеж. Ожидается, что в ближайшие 15-20 лет страна экспортирует 80 таких установок;
  • Но по состоянию на сегодняшний день большая часть АЭС сооружена при содействии американских или французских ученых;
  • Количество действующих станций относительно невелико (только четыре), но каждая из них располагает значительным числом реакторов – в совокупности 40, причем эта цифра будет расти.

При бомбардировке нейтронами ядерное топливо приходит в цепную реакцию, в результате которой образуется огромное количество тепла. Находящаяся в системе вода забирает это тепло и превращается в пар, который вращает турбины, производящие электричество. Вот простая схема работы атомного реактора, мощнейшего источника энергии на Земле.

 

Видео: как работают атомные реакторы

В данном ролике физик-ядерщик Владимир Чайкин расскажет, с помощью чего врабатывается электричество в атомных реакторах, их подробное устройство:

 

СТОИТ ПОЧИТАТЬ:
Это интересно:
Ваш комментарий (без регистрации):


Полужирный Наклонный текст Подчёркнутый текст Зачёркнутый текст | Выравнивание по левому краю По центру Выравнивание по правому краю | Вставка смайликов Вставка ссылкиВставка защищённой ссылки Выбор цвета | Скрытый текст Вставка цитаты Преобразовать выбранный текст из транслитерации в кириллицу Вставка спойлера




Аватар
andrewol  12:34, 20 июнь

Всегда интересовала тема альтернативных источников энергии, хотелось как-то подробнее почитать именно об атомных реакторах, я вообще считаю, что за ними будущее. Хорошо объяснили именно строение реактора, его действия особенности. Еще плюс большой в том, что это написано простыми словами и доходчиво, что как раз подходит для тех, кто хочет разобраться в этой тематике, но специальность в энергетике не получал. Спасибо больше за статью, еще бы подобное почитал!

Ответить